Janusz SZELKA1

Krzysztof HOŁOWNIA2

WYKORZYSTANIE KONSTRUKCJI SKŁADANYCHW BUDOWNICTWIE MOSTOWYM

1. Wstęp

Wraz ze zwiększonym dostępem do środków finansowych z Unii Europejskiej,znaczna ich część przeznaczona jest na rozwój infrastruktury drogowej. Oznacza tomodernizację dróg, a tym samym przebudowę mostów poprzez poszerzenie jezdni, przyjednoczesnym zwiększeniu ich nośności i polepszeniu warunków bezpieczeństwa ruchu.

Cechą charakterystyczną mostów składanych jest łatwość i szybkość montażu wróżnych układach konstrukcyjnych. Dostosowane są one do obowiązujących obciążeńnormatywnych, przyjętych w gospodarce narodowej, przez co nie wymagają dodatkowegowzmocnienia jako mosty tymczasowe. Zmiana rozpiętości przęseł wykonywanych z tychkonstrukcji nie nastręcza trudności i jest w granicach modułu, który wynosi 3 m (Bailey.Mabey, DMS-65). Stosunkowo niewielkie gabaryty elementów i ich masa pozwalają nadogodny transport jak też montaż, przy użyciu lekkiego sprzętu i urządzeń pomocniczych.Powyższe walory konstrukcji składanych były zasadniczą przesłanką do wykorzystania ichprzy odbudowie zniszczonych mostów w warunkach kryzysowych – po powodzi w 1997roku w Kotlinie Kłodzkiej [3] oraz po zniszczeniach wojennych w byłej Jugosławii [1,4].

Budowa nowych mostów, jak również remonty starych, nie spełniających nowychklas nośności lub z różnych przyczyn zniszczonych, wymaga zapewnienia ciągłościkomunikacyjnej w sposób szybki, prosty i skuteczny. Według autorów sposobem na to mogąbyć właśnie konstrukcje składane. Dlatego też istnieje uzasadniona potrzeba wdrażania pracprojektowych nad modernizacją i adaptacją istniejących wojskowych konstrukcji typuskładanego do powszechnego użytku cywilnego jako mostów objazdowych bądźtechnologicznych.

W niniejszym artykule zaprezentowane są niektóre z możliwości ich wykorzystaniaw cywilnym budownictwie mostowym.

________________________________1 Dr hab. inż. prof. WSOWL i UZ, Wyższa Szkoła Oficerska Wojsk Lądowych we Wrocławiu2 Dyplomant, Instytut Budownictwa UZ

2. Wymagania stawiane konstrukcjom składanym przez nowego użytkownika

Pierwotne, tylko militarne zastosowania systemów mostów składanych już od wielulat są adoptowane na obszary gospodarki narodowej, a firmy projektujące i produkującecoraz to nowsze generacje tego typu konstrukcji są coraz bardziej nastawione na nowegoużytkownika, którym jest transport i komunikacja zbiorowa.

Wymagania tego typu ruchu, jaki miałby się odbywać po tych konstrukcjach, jestnieco inny od tego pierwotnego - wojskowego. Komfort jazdy musi być wyższy czyli przedewszystkim hałas generowany w czasie przejazdu powinien być niższy, prędkość przejazduwyższa, a nośność mostu i szerokość jezdni większe. Równie ważne są sprawy utrzymania ieksploatacji, tzn. materiały, które zastosowane są w tych konstrukcjach muszą miećodpowiednią żywotność, po to by ograniczyć do minimum zabiegi konserwacyjne iremontowe, czy w ostateczności wymienność elementów.

Zmiany w projektowaniu doskonale widoczne są na podstawie ewolucji mostówskładanych firmy Mabey & Johnson (rys. 1), która jest obecnie jedną z największych firmzajmujących się projektowaniem, produkcją, dostarczaniem i budowaniem konstrukcjiskładanych. Ich pozycja na rynku z pewnością ma przełożenie na asortyment jaki oferują, nieskupiając się tylko i wyłącznie na mostach stricte wojskowych ale również na dostarczaniusystemów dla budowy mostów drogowych, specjalnych konstrukcji przejazdowych dlaruchu ciężkiego, np. na placach budów, kładek dla pieszych czy podpór tymczasowych.

Rys. 1. Rozwój konstrukcji składanych firmy Mabey & Johnson [7]

Jest normalnym, że zmieniające się ciągle warunki życia oraz gospodarkawymuszają tworzenie nowych lub modyfikację starych rozwiązań. Również w Polsce odkilku lat zauważa się pewien postęp w modernizacji konstrukcji mostów składanych jakiejuż posiadamy, a to zapewni możliwości ich szerszego zastosowania. Aktualnie trwają pracenad modernizacją konstrukcji DMS-65, pod względem poszerzenia jezdni z początkowejwartości 4,2 m do 6,2 m szerokości (rys. 2). Za sprawą dłuższej belki poprzecznej będziemożliwe wybudowanie mostu dwukierunkowego znacznie szybciej i łatwiej, zużywając tymsamym znacznie mniej elementów składowych, co w rezultacie da mniejszy ciężar własnykonstrukcji, a więc pozwoli na przenoszenie większych dodatkowych obciążeń.

Rys. 2. DMS-65 w układzie podstawowym z przedłużoną belką poprzeczną [5]

Oprócz poszerzenia jezdni istotna jest także kwestia nawierzchni, która również ma lepszeparametry aniżeli ta pierwotnie stosowana. Wraz z modernizacją belki poprzecznejzaprojektowano dwa typy nawierzchni: lekką – do zastosowania na drogowych mostachtymczasowych oraz stałą – dla mostów wykorzystywanych jako trwałe[2].

Powyższe projekty pozwolą na adaptację tych konstrukcji wojskowych do budowymostów drogowych zgodnych z potrzebami ich potencjalnego użytkownika.

3. Mosty objazdowe

Zasoby konstrukcji wojskowych mostów składanych w naszym kraju sąstosunkowo duże, ale nadal bardzo rzadko wykorzystywane. Autorzy artykułu uważają, żekonstrukcje składane posiadają wystarczające walory konstrukcyjne i eksploatacyjne dobudowy mostów objazdowych na czas remontu bądź przebudowy obiektów stałych. Właśniew przypadku awarii lub remontu mostu stałego ruch z reguły kieruje się na drogi objazdowe,najczęściej o dużo gorszych nawierzchniach, wydłużając trasę zasadniczą. Ponadto, przydużym natężeniu ruchu w miastach, wytyczanie dodatkowych dróg objazdowych jest bardzokłopotliwe. Dlatego też w takich sytuacjach celowa byłaby odbudowa doraźna w starej osilub budowa mostów objazdowych z wykorzystaniem konstrukcji składanych, którezapewniają przeniesienie obciążeń klasy MLC 70 (Military Load Class), odpowiadająceobciążeniu normowemu klasy C [5].

Przykładem takiego zastosowania była m.in. budowa mostu składanego zkonstrukcji DMS-65 przez Wisłę w m. Kiezmark, niedaleko Gdańska (rys. 3). Była towyjątkowa konstrukcja z uwagi na fakt, że miała niemal 1200 m długości, która za zgodąMinistra Obrony Narodowej, została wypożyczona z rezerw państwowych i z pewnością jejamortyzacja w czasie eksploatacji była mniejsza aniżeli podczas bezużytecznegoskładowania.

Rys. 3. Dwujezdniowy most składany DMS-65 nad Wisłą w m. Kiezmark o długości ok.1200m [2]

Szczególnym przypadkiem zastosowania mostu składanego MS-54 jako przeprawytymczasowej, mającej utrzymać ruch na czas budowy stałej konstrukcji był Most Syreny wWarszawie, zbudowany w 1985 roku na zakładany okres 3 lat. Niespodziewanie most istniałi funkcjonował przez 15 lat aż do 2000 roku.

Konstrukcje składane, znajdujące się w państwowych rezerwach mobilizacyjnychpowinny być wykorzystywane częściej i być może będą, świadczy o tym wypowiedźprzedstawiciela Ministerstwa Infrastruktury płk. Ryszarda Piwowarskiego z 2003 roku:Minister Infrastruktury zatwierdził specjalny program, który ma sprzyjać tego rodzajuprzedsięwzięciom. Takie rozwiązanie jest nader korzystne dla gospodarki narodowej.Konstrukcje mostów składanych nie zalegają bezużytecznie w magazynach, a jednocześnie sądużym ułatwieniem dla kierowców przy poważniejszych remontach obiektów inżynierskich[6].

4. Sposoby wykorzystania konstrukcji składanych

Coraz częściej elementy konstrukcji składanych wykorzystuje się do budowystałych kładek dla pieszych (rys. 4) lub jako rusztowania czy podpory, a także jako elementyskładowe większej struktury (np. kraty L-36 składanego mostu kolejowego zostaływykorzystane do budowy stałego Mostu Wandy w Krakowie (rys. 5)). Zdarzyło się jużnawet zastosowanie elementów mostu składanego Bailey’a do budowy wyrzutni rakietkosmicznych, a nawet największej na świecie huśtawki, wysokiej na niemal 20 m, długiej naprawie 80 m. Stosowanie elementów z konstrukcji składanych do budowy podpór, bądźrusztowań czy konstrukcji nietypowych z pewnością świadczy o potencjale jaki w sobieposiadają i zdolności do przenoszenia dużych naprężeń działających w różnych kierunkach.

Szczególnie pożądanym byłoby stosowanie konstrukcji składanych do budowymostów w małych gminach, w których często ze względów ekonomicznych brak jestprzepraw stałych lub są one w bardzo złym stanie technicznym, nierzadko będąc nawet nagranicy użytkowalności. Konieczne jest jednak przeprowadzenie dokładnych opracowań ianaliz pozwalających na adaptację starych istniejących konstrukcji do budowy nowych,trwałych i tanich obiektów inżynierskich.

Rys. 4. Kładka dla pieszych nad drogą w miejscowości Walim (Rzeczka) [8]

Rys. 5. Most Wandy w Krakowie, w którym wykorzystano elementy konstrukcji L-36 [9]

4.1 Adaptacja kraty L-36

Elementy składanych mostów kolejowych typu L-36, podobnie jak elementymostów drogowych, stanowią duże zapasy tego typu konstrukcji, które niestety obecnienieużywane i niczym nie osłonięte niszczeją na składowiskach pod wpływem warunkówatmosferycznych tracąc jednocześnie swoje walory użytkowe. Z tego powodu konstrukcje tew znacznym stopniu są zdekompletowane. Stan ten utrudnia zmontowanie z nichprojektowanych mostów kolejowych. Jeżeli przez najbliższe lata elementy konstrukcji niezostaną zagospodarowane, nadawać się będą tylko na złomowanie. Dlatego bardzo istotnejest szybkie wdrożenie programów ich zastosowania, jeżeli nie w całości, to przynajmniejniektórych elementów konstrukcyjnych.

W związku z powyższym zaprojektowano kilka rozwiązań konstrukcyjnych przęsełz krat L-36, które w zależności od zaistniałej sytuacji mogłyby być wykorzystane w sposóbdoraźny. Dla poszczególnych wariantów zaprojektowano nowe pomosty.

Zapotrzebowanie na budowę wielu konstrukcji małych i średnich rozpiętościznacznie się zwiększyło, choćby z powodu zagęszczania się sieci drogowej w naszym kraju.Wykorzystanie gotowych krat przęsła typu L-36 jako dźwigarów przyśpieszyłoby czasprzygotowania konstrukcji do eksploatacji, a ich znaczna liczba zapewniłaby możliwośćwybudowania dużej liczby obiektów. Rozwiązałoby to w znacznym stopniu problemprzywrócenia sprawnej komunikacji na terenach popowodziowych, czy w mniej zamożnychgminach gdzie brakuje przepraw stałych, a jednocześnie mogłoby stanowić alternatywę dlamostów niskowodnych o konstrukcji tymczasowej, które uległy zniszczeniu, lub którychczas eksploatacji dobiega końca [2].

Zastosowanie krat przęsła typu L-36 jako dźwigarów niesie ze sobą ograniczeniaco do schematu statycznego. Przęsło kolejowe zostało zaprojektowane jako swobodniepodparte i do tego założenia dostosowany został sposób łączenia poszczególnych elementóworaz charakterystyki przekrojów. Analizie poddano układ dźwigarów z pojedynczą (rys. 6) ipodwójną kratą do jazdy dołem oraz układ czterech rzędów krat ze współpracującą płytąpomostu pod układ z jazdą górą (rys. 7).

Rys. 6. Widok ogólny mostu w układzie z jazdą dołem o dźwigarach pojedynczych [2]

Rys. 7. Most z krat L - 36 w układzie z jazda górą [2]

Pomost jezdni z jazdą dołem będzie zaprojektowany jako płyta stalowa na ruszcie.Taki schemat zapewni mniejszą wysokość konstrukcyjną oraz mniejszy ciężar całejkonstrukcji w porównaniu z płytą żelbetową.

Zastosowanie konstrukcji składanej przęsła kolejowego typu L-36 ogranicza się doprzedstawionych rozwiązań, które w zależności od zaistniałej sytuacji mogą byćwykorzystane w sposób doraźny. Wykorzystanie gotowych składników przęseł mostówkolejowych typu L-36 jako elementów dźwigara mostu drogowego umożliwiaprzyspieszenie przygotowania konstrukcji w sytuacjach klęsk żywiołowych i innychkataklizmów. Wzrasta wówczas zapotrzebowanie na konstrukcje mostów tymczasowych oniewielkich rozpiętościach przęseł.

4.2. Adaptacja kolejowo-drogowego mostu KD - 66C

Wiele różnorodnych sytuacji i warunków spotykanych na sieci drogowej i kolejowej(szczególnie na skrzyżowaniach i węzłach) stwarza potrzebę remontu (rekonstrukcji bądźmodernizacji) istniejących obiektów inżynierskich i/lub szybkiej budowy objazdowych bądźdublujących mostów – wiaduktów, usytuowanych w ich pobliżu o odpowiednichparametrach nośności i szerokości jezdni, umożliwiających przywrócenie bądź zapewnienieruchu na drodze. Przykładem tak uwarunkowanych potrzeb była realizacja inwestycji nadrodze krajowej nr 50 w miejscowości Słabomierz (rys. 8) [2].

Dwa wiadukty objazdowe zaprojektowano, wykonano, a następnie rozebrano (bezwstrzymywania ruchu kolejowego na Centralnej Magistrali Kolejowej), jakojednokierunkowe, ustawione równolegle, każdy o długości 54 m, szerokości jezdni wkażdym kierunku 3,5 m, pod obciążenie 500 kN i przy dopuszczalnej prędkości pojazdówciężarowych na wiaduktach do 50 km/h. Modernizacja bądź adaptacja KD-66C do różnychfunkcji transportowo-gospodarczych sprowadza się do zaprojektowania i ukształtowaniakonstrukcji nawierzchni. Użycie KD-66C skraca czas budowy (montażu - demontażu)obiektu objazdowego oraz co najmniej dwukrotnie obniża koszty budowy (odbudowy) wprzypadku awarii, klęsk żywiołowych, dublowania bądź zagrożeń specjalnych [2].

W ubiegłym roku, elementy konstrukcyjne KD-66C wykorzystano do montażurusztowań przy budowie łukowego przęsła nurtowego mostu w Puławach (rys. 9).

Rys. 8. Wiadukt objazdowy z konstrukcji KD-66C w m. Słabomierz [2]

Rys. 9. Elementy KD-66C wykorzystane jako podpory tymczasowe przy budowie przęsłałukowego mostu w Puławach [10]

4.3. Nietypowe zastosowania konstrukcji składanych

Konstrukcje składane w ostatnich dziesięcioleciach były wykorzystywane przyrozwiązywaniu trudnych problemów technicznych w różnorodny sposób. Służyły one jakorusztowania montażowe przy budowie nowych obiektów (nie zawsze mostowych) lub byłystosowane jako konstrukcje nośne. Oto kilka przykładów:

- budowa mostu technologicznego z konstrukcji MS-22-80 pod stały most na ZachodniejOdrze w Szczecinie;

- budowa żelbetowego tunelu wentylacyjnego odlewni w Śremie usytuowanego nawysokości 17 metrów nad podłogą hal produkcyjnych; ciężar tunelu wynosił 2 tys. ton, ałączna długość 160 metrów;

- budowa estakady wyładunkowej kruszyw w Warszawie z różnych konstrukcjiskładanych;

- budowa dachu Dworca Centralnego w Warszawie, gdzie dźwigary o wadze 40 tonprzesuwano po konstrukcji składanej usytuowanej 15 metrów ponad AlejamiJerozolimskimi, umożliwiając zachowanie ciągłości ruchu tramwajowego oraz znacznieułatwiają sam proces montażu;

- budowa wiaduktów technologicznych z konstrukcji MS-22-80 w ciągu trasy Toruńskiej(12 po 24 m na 120 podporach, równolegle i prostopadle do osi mostu) jako konstrukcjanośna wspierająca szalunek płyty jezdni mostu Grota Roweckiego;

- przebudowa wysokich podpór z konstrukcji SPS-69B pod stalowe przęsło żeglownehistorycznego drewnianego mostu drogowego na czas remontu na Wiśle wWyszogrodzie;

- budowa podpór tymczasowych z konstrukcji SPS-69B i SPK w celu ułatwienia montażu inasuwania konstrukcji nośnej mostu Siekierkowskiego na Wiśle w Warszawie;

- budowa układu podpór technologicznych i dwóch estakad dojazdowych z konstrukcjiKD-66-c i stalowej podpory składanej na czas budowy mostu stałego przez Wisłę wPłocku.

Przedstawione zastosowania elementów mostów składanych w postaci konstrukcjimontażowych lub podpór dały korzyści wynikające z oszczędności materiałowych, a przedewszystkim skrócenia czasu realizacji inwestycji.

5. Wnioski

Zasoby konstrukcji składanych oraz ich uniwersalność, w połączeniu z nowymiprojektami adaptacyjnymi i modernizacyjnymi mogą w znacznym stopniu ułatwić iprzyspieszyć wszelkie prace z zakresu powiększania i modernizacji infrastruktury kraju.Nowe przeznaczenie i stosowanie tego typu systemów pozwoli na:

- przeprowadzanie remontów istniejących obiektów mostowych bez wstrzymywania ruchu;

- szybkie odtworzenie przejezdności dróg w sytuacjach kryzysowych (na obszarach

popowodziowych lub w innych przypadkach zniszczeń obiektów mostowych);

- budowę tanich mostów stałych dla gmin borykających się z problemami finansowymi;

- budowę wiaduktów tymczasowych, koniecznych do utrzymania ciągów komunikacyj-nych na czas budowy autostrad;

- budowę tańszych mostów stałych, w których wykorzystuje się elementy z mostówskładanych, zarówno jako podpory, rusztowania montażowe lub jako elementykonstrukcyjne (np. dźwigary) wbudowane na stałe w konstrukcję.

Literatura

[1] Marszałek J., Wolniewicz A., Zastosowanie mostów składanych do odtwarzania ciągówkomunikacyjnych na przykładzie Bośni. XI Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Inżynieria i zarządzanie w sytuacjach kryzysowych”, Warszawa – Rynia,7–9.11.2000, T.2. s. 79-86.

[2] Marszałek J. i in., Mosty składane. Projektowanie, budowa i eksploatacja, WAT,GDDKiA, Warszawa 2005.

[3] Szelka J., Obiektowy zapis wiedzy w systemach eksperckich wspomagających budowęmostów składanych. Rozprawa habilitacyjna, WAT, Warszawa 1999.

[4] Szelka J., Kamyk Z., Odbudowa mostów po zdarzeniach wojennych w byłej Jugosławiiprzez wojska ONZ. X Seminarium nt. „Współczesne metody wzmacniania iprzebudowy mostów”, Poznań – Kiekrz 6-7.07.2000, Referaty s. 260-287.

[5] Szelka J., Duchaczek A., Wroński E., Przydatność konstrukcji składanych doodbudowy/przebudowy mostów dolnośląskich, Biuletyn ZMRP Oddział Dolnośląski, nr04/2008, s. 18-19

[6] Wywiad z płk. R. Piwowarczykiem, dyrektorem Departamentu Spraw ObronnychMinisterstwa Infrastruktury. 2003. Źródło: http://www.mi.gov.pl

[7] The Mabey Support Logistic Bridge Brochure.[8] http://picasaweb.google.com/CzechJoker[9] http://plfoto.com/1307647/zdjecie.html[10] http://www.skyscrapercity.com

USING PANEL STRUCTURES IN BRIDGE BUILDING

There are a multitude of old, military panel bridges in Poland. These structures, alreadyproven in military operations, offer enormous potential that ought to be made use of anew.As a result of their fundamental characteristics, such as the speed and simplicity of assembly,replaceability of parts, ease of maintenance or versatility, they continue to remain deeplysignificant.

The construction of new roads as well as bridges and repairs of old ones that do notsatisfy the new load-carrying classes or, for a variety of reasons, have been damaged requirethat the continuity of communications is ensured in a rapid and simple manner. This can beachieved by employing panel structures. There is a justified need to implement design workrelating to the modernisation and adaptation of the existing panel-type military structures forcommon civilian use.

This article presents some of the possibilities of using them in civilian bridge building.